JP2004009896A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの大型化に伴って制御器が大型になる場合においても、放熱体を大型にすることなく、制御器で発生した熱を放熱することができるとともに、制御器の車両への搭載性を向上することができるようにする。
【解決手段】モータ２と、モータ２を操舵手段の操舵に応じて駆動制御する制御器６と、制御器６で発生する熱を蓄熱する蓄熱体７と、蓄熱体７に接触する接触部を有し、蓄熱体７の熱を外部へ放熱する放熱体８とを備え、モータ２によって操舵補助が実行されるときに制御器６で発生する熱を蓄熱体７で一旦蓄熱し、この蓄熱体７が蓄熱した熱を、操舵補助が実行された後で放熱体８から外部へ放熱するようにした。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は操舵手段の操舵に応じて駆動制御されるモータを備えたステアリング装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用のステアリング装置としては、例えば操舵輪に繋がる入力軸及び該入力軸にトーションバーを介して同軸的に繋がる出力軸の相対角変位によって前記入力軸に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサと、該トルクセンサが検出したトルク等に基づいて駆動制御されるモータと、該モータを駆動制御する制御器とを備え、操舵輪の回転に応じた舵取機構の動作を前記モータの回転により補助し、舵取りのための運転者の労力負担を軽減するように構成されている。
【０００３】
モータを駆動制御する制御器は、マイクロプロセッサを用いてなる制御部と、該制御部に接続され、トランジスタからなる電力用の半導体素子及び該半導体素子が結合された回路基板を有する駆動回路と、前記半導体素子への通電によって発生する熱を放熱する放熱体と、前記制御部，駆動回路及び放熱体を収容するケースとを備えている。
この制御器における制御部の入力側に前記トルクセンサ、車速センサ、舵角センサ等が接続され、前記駆動回路に前記モータが接続されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ステアリング装置において、モータによる操舵補助は、操舵輪に加わる操舵負荷に応じて変動するのであり、車両の低速走行、中速走行、高速走行時等操舵輪に加わる操舵負荷が比較的小さいときは比較的小さな操舵補助力でよく、前記半導体素子へ供給される電流は比較的小さいため、該半導体素子の消費電力量は少ない。
【０００５】
一方、車両の車庫入れ、幅寄せ等において行われる据え切り操舵時には操舵開始時点から大きな操舵補助力を必要とし、前記半導体素子へ供給される電流は急激に増大するため、前記半導体素子の消費電力量は急激に増加し、該半導体素子は急激に発熱することになる。
【０００６】
ところで、モータによる操舵補助は、操舵状況によって影響されるだけでなく、車両の大きさ、換言すれば車両重量によって大きく影響され、大型車になる程、大きな操舵補助力を必要とするため、前記モータが大型になる。このモータが大型になることによって前記半導体素子の消費電力量が増加するため、半導体素子の個数を増加したり、半導体素子への通電によって発生する熱を放熱する放熱体を大きくしたりする必要があり、制御器の全体が大型になる。
このように大型になる制御器を前記モータ等とともにエンジンルーム内に搭載する場合、エンジンルーム内に制御器用のスペースを確保することが難しくなる。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、モータの大型化に伴って制御器が大型になる場合においても、放熱体を大型にすることなく、制御器で発生した熱を放熱することができるとともに、制御器の車両への搭載性を向上することができるステアリング装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係るステアリング装置は、モータと、該モータを操舵手段の操舵に応じて駆動制御する制御器と、前記モータの回転力を舵取機構に伝動する伝動手段とを備えたステアリング装置において、前記制御器で発生する熱を蓄熱する蓄熱体と、該蓄熱体に接触する接触部を有し、前記蓄熱体の熱を外部へ放熱する放熱体とを備えることを特徴とする。
【０００９】
第１発明にあっては、制御器で発生する熱を蓄熱する蓄熱体を備えるため、操舵に基づいて制御器で急激に発熱した熱を蓄熱体で一旦蓄熱することができ、この蓄熱体が蓄熱した熱を、蓄熱体に接触する放熱体から外部へ放熱することができるため、モータの大型化に伴って制御器が大型になる場合においても、放熱体を大型にすることなく、制御器で発生した熱を放熱することができる。
【００１０】
即ち、制御器で発生する熱は、大きな操舵補助力を必要とするときに急激に発熱し、操舵補助が実行された後では制御器での消費電力量が急激に減少し、制御器の急激な発熱は短時間で終わることになるが、本発明にあっては、制御器で発生した急激な熱を蓄熱体が一旦蓄熱し、制御器での発熱が終わった後で、蓄熱体が蓄熱した熱を放熱体から放熱することができるため、モータの大型化に伴って制御器が大型になる場合においても、放熱体を大型にすることなく、制御器で発生した熱を放熱することができる。
【００１１】
しかも、制御器、蓄熱体及び放熱体の位置関係とか、制御器及び蓄熱体と放熱体との位置関係とかを車種に応じて変えることができるため、モータの大型化に伴って制御器が大型になる場合においても、制御器をエンジンルーム内の適宜のスペースに搭載することができ、制御器の車両への搭載性を向上することができる。
【００１２】
第２発明に係るステアリング装置は、前記制御器は前記蓄熱体を介して前記モータに保持されていることを特徴とする。
第２発明にあっては、モータ、制御器、蓄熱体及び放熱体をユニットにでき、モータとともに制御器、蓄熱体及び放熱体を搭載することができるため、車両への搭載性を向上できる。
【００１３】
第３発明に係るステアリング装置は、前記モータは筒形のハウジングを有しており、前記蓄熱体は前記ハウジングの周面に配置されており、前記放熱体は前記ハウジングの軸長方向一端部に配置されていることを特徴とする。
第３発明にあっては、モータのハウジング周りの空間に制御器及び蓄熱体を配置することができ、しかも、前記ハウジングの軸長方向側の空間に放熱体を配置することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
実施の形態１
図１は本発明に係るステアリング装置の実施の形態１の構成を示す模式的斜視図、図２は要部の拡大斜視図、図３はステアリング装置の一部を省略した拡大断面図である。
【００１５】
図１のステアリング装置は操舵手段１の操舵に応じてモータ２を駆動制御するように構成された電動式パワーステアリング装置である。この電動式パワーステアリング装置は、上端が操舵輪Ａに繋がる入力軸１０と、入力軸１０にトーションバー３を介して同軸的に繋がる出力軸４と、入力軸１０及び出力軸４の相対角変位によって入力軸１０に加わる操舵トルクを検出するトルクセンサ５と、トルクセンサ５が検出したトルク等に基づいて駆動制御されるモータ２と、モータ２を駆動制御する制御器６と、制御器６で発生する熱を蓄熱する蓄熱体７と、蓄熱体７に接触して蓄熱体７の熱を外部へ放熱する放熱体８とを備えている。
【００１６】
入力軸１０は操舵手段１を構成するものであり、上側の操舵軸１１と、上側の操舵軸１１の下端にユニバーサルジョイント１２を介して繋がる下側の操舵軸１３とを有しており、下側の操舵軸１３と出力軸４とがトーションバー３を介して連結されている。
【００１７】
下側の操舵軸１３、出力軸４及びトルクセンサ５は筒形ケース９内に支持されており、筒形ケース９の一方側にモータ２の筒形のハウジング２１が取外し可能に取付けられている。このハウジング２１は軸長方向一端が閉鎖され、軸長方向他端部に駆動軸を支持している。この駆動軸にウォーム３０及びウォーム３０に噛合するウォームホイール３１からなる減速歯車機構を介して出力軸４の途中が繋がっており、モータ２の回転力を減速歯車機構及び出力軸４を介してラックピニオン式の舵取機構５０へ伝動するようにしている。尚、前記減速歯車機構及び出力軸４がモータ２の回転力を舵取機構５０に伝動する伝動手段を構成している。
【００１８】
ラックピニオン式の舵取機構５０は、出力軸４の下端に設けられたピニオン５１と、ピニオン５１に噛合するラック歯５２を有し、車体の前部に左右方向に延設されたラック軸５３とを備えている。
【００１９】
制御器６は、マイクロプロセッサを用いてなる制御部６１と、制御部６１に接続され、トランジスタからなる電力用の半導体素子６２及び半導体素子６２が結合された回路基板６３を有する駆動回路６４と、制御部６１及び回路基板６４を収容する合成樹脂又は金属製のケース６５とを備えている。このケース６５の底の一部又は全部は開放されており、この開放部に蓄熱体７が結合されており、蓄熱体７のケース内となる一面に熱伝導性が良好なグリースからなる伝熱層を介して回路基板６４が接合されている。制御部６１の入力側にはトルクセンサ５、車速センサ、舵角センサ等が接続されており、駆動回路６４にモータ２内のコイルが接続されている。
【００２０】
蓄熱体７はアルミニウム等の大きな熱容量を得ることができる矩形の金属板からなり、蓄熱体７がケース６５の底の一部又は全部を兼ねており、半導体素子６２で発生する熱を回路基板６３及びグリースからなる前記伝熱層を介して蓄熱体７へ速やかに伝熱するようにしてある。この蓄熱体７はケース６５とモールドされるか、または、ケース６５の成形用型内に蓄熱体７を配置した状態で型内に合成樹脂材料を充填するときにケースと一体的に結合するのであるが、その他、おねじ，接着剤等の結合手段で結合してもよい。また、この蓄熱体７はねじ等の取付手段によってハウジング２１の周面に着脱可能に取付けられている。
【００２１】
放熱体８は、銅等の熱伝導率が大きい金属からなる。この放熱体８は蓄熱体７の一辺７ａに面接触する接触部８１ａを一面に有する矩形の板部８１と、板部８１の他面に並列に突設された複数のフイン８２とを有しており、蓄熱体７の一辺７ａから板部８１へ熱伝導された熱をフイン８２から放熱することができるようにしてある。また、放熱体８は板部８１の接触部８１ａが蓄熱体７の一辺７ａと接触する状態でハウジング２１の軸長方向一端部に着脱可能に取付けられている。
【００２２】
以上のように構成された電動式パワーステアリング装置は、車両の車庫入れ、幅寄せ等において行われる据え切り操舵時等、操舵輪Ａに加わる操舵負荷が大きいとき、操舵開始時点から大きな操舵補助力を必要とし、制御器６の半導体素子６２に供給される電流は急激に増大するため、半導体素子６２の消費電力量は急激に増加し、半導体素子６２は急激に発熱することになる。この熱は回路基板６３から蓄熱体７に直接的に熱伝導され、蓄熱体７に一旦蓄熱することができるため、制御器６の温度上昇を良好に抑制することができる。
【００２３】
蓄熱体７に蓄熱された熱は、据え切り操舵等が実行され、操舵補助の必要がなくなった後で操舵輪Ａに加わる操舵負荷が小さくなったとき、蓄熱体７の一辺７ａから放熱体８の板部８１へ熱伝動され、さらに、板部８１に連なるフイン８２から外部へ放熱することができる。このように操舵補助時に蓄熱体７で一旦蓄熱した熱を非操舵補助時に放熱体８で放熱するため、モータ２の大型化に伴って制御器６が大型になる場合においても、放熱体８を大型にすることなく、制御器６で発生した熱を放熱することができる。
【００２４】
また、モータ２には蓄熱体７を介して制御器６が保持され、さらに、放熱体８がモータ２に取付けられており、モータ２、制御器６、蓄熱体７及び放熱体８がユニットになっているため、モータ２とともに制御器６、蓄熱体７及び放熱体８を搭載することができ、車両への搭載性を向上できる。
【００２５】
また、制御器６と別に蓄熱体７及び放熱体８を備えるため、電動式パワーステアリング装置のモータ側部分を車両のエンジンルーム内に搭載するとき、モータ２のハウジング２１周りの空間に制御器６及び蓄熱体７を配置することができ、さらに、ハウジング２１の軸長方向側の空間に放熱体８を配置することができる。
【００２６】
実施の形態２
図４は本発明に係るステアリング装置の実施の形態２の構成を示す要部の拡大斜視図である。
実施の形態２のステアリング装置は放熱体８をハウジング２１の軸長方向一端部に取付ける代わりに、放熱体８をハウジング２１の周面に着脱可能に取付けたものである。
【００２７】
この実施の形態２にあっては、蓄熱体７及び放熱体８はハウジング２１の周面に着脱可能に取付けてあるため、異なる車両のエンジンルーム内のレイアウトに対応することができる。
その他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるため、同様の部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用効果の説明を省略する。
【００２８】
図５はステアリング装置に用いられる制御器の他の構成を示す模式的断面図である。図５に示す制御器６は、半導体素子６２と、その一面に回路導体を介して半導体素子６２が接合されたセラミックス製の基板６５と、基板６５の他面に接するヒートシンク６６と、基板６５をヒートシンク６６に結合する複数本のおねじ６７と、おねじ６７の頭部と基板６５の周縁側一面との間に介された合成樹脂製の押え枠６８とを備えている。
【００２９】
基板６５の周縁部には複数の貫通孔６５ａが穿設されており、この貫通孔６５ａに符合するねじ孔６６ａがヒートシンク６６の周縁部に穿設されており、さらに、貫通孔６５ａに符合する挿通孔６８ａが押え枠６８の周縁部に穿設されている。貫通孔６５ａはおねじ６７の外径寸法よりも僅かに大径に形成されており、この貫通孔６５ａとおねじ６７との間の隙間によって基板６５の熱膨張を吸収することができるようにしてある。
【００３０】
押え枠６８は、基板６５との接触面で、挿通孔６８ａの周りに設けられたシリコーン系の可撓性を有する接着剤層６９を介して基板６５に結合されている。
ヒートシンク６６は熱伝導率が高い銅、アルミニウム等のブロックからなり、ヒートシンク６６の基板６５と接触する接触面は周縁側に対して中央側が凸になっており、この凸部６６ｂが基板６５の他面に面接触し、高い放熱性が得られるようにしてある。また、ヒートシンク６６の周縁側と基板６５との間に生ずる隙間には、熱伝導性が比較的良好なグリースからなる放熱用の伝熱層７０が設けられている。
【００３１】
このように構成された制御器６において、基板６５をヒートシンク６６に結合する場合、基板６５の周縁側一面に結合された押え枠６８の挿通孔６８ａから基板６５の貫通孔６５ａへおねじ６７を挿入し、おねじ６７をヒートシンク６６のねじ孔６６ａに締め込むことにより、基板６５をヒートシンク６６に結合することができる。この場合、おねじ６７は押え枠６８及び接着剤層６９を介して基板６５をヒートシンク６６に弾性的に押付けるため、おねじ６７による締込み応力を押え枠６８及び接着剤層６９で緩和することができ、セラミックス製の基板６５の冷熱衝撃耐久性を確保することができ、基板６５の割れを防ぐことができる。
尚、図５において、その他の構成及び作用は実施の形態１と同様であるため、同様の部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用効果の説明を省略する。
【００３２】
図６は図５で示す制御器の変形例を示す模式的断面図である。図６に示す制御器６は、前記基板６５の前記貫通孔６５ａをなくし、前記押え枠６８を前記ヒートシンク６６の周縁部に結合することにより前記基板６５を前記ヒートシンク６６に押し付けて結合するようにしたものである。
【００３３】
押え枠６８は外周縁と内周縁との間に基板６５の周縁部が嵌め込まれる環状の押付凹部６８ｂを有しており、押付凹部６８ｂと前記外周縁との間に挿通孔６８ａが穿設されている。
また、基板６５の周縁と押付凹部６８ｂとの間には基板６５の熱膨張を吸収するための隙間が設けられている。
【００３４】
このように構成された制御器６にあっては、押え枠６８の外周縁部とヒートシンク６６との間、及び押付凹部６８ｂと基板６５の周縁部一面との間に可撓性を有する接着剤層６９，６９を夫々介在させ、挿通孔６８ａに挿入したおねじ６７をねじ孔６６ａに締め込むことにより、接着剤層６９，６９の夫々を撓ませ、押え枠６８及び基板６５をヒートシンク６６に弾性的に結合することができる。この場合、おねじ６７は接着剤層６９を介して押え枠６８をヒートシンク６６に弾性的に押付けるとともに、押え枠６８及び接着剤層６９を介して基板６５をヒートシンク６６に弾性的に押付けるため、おねじ６７による締込み応力を押え枠６８及び接着剤層６９で緩和することができ、セラミックス製の基板６５の冷熱衝撃耐久性を確保することができ、基板６５の割れを防ぐことができる。
尚、図６において、その他の構成及び作用は図５の形態と同様であるため、同様の部品については同じ符号を付し、その詳細な説明及び作用効果の説明を省略する。
【００３５】
図７は制御器のさらに他の例を示す模式的断面図である。図７に示す制御器６は、金属又はセラミックス製の基板７１ａ及び基板７１ａの一面に絶縁層を介して積層された回路７１ｂを有する３層構造の回路基板７１の回路に、半導体素子６２、及びモータ２が有するコイルのリアクタンスによる高周波電圧を吸収するコンデンサ７２を結合したものである。コンデンサ７２は回路７１ｂにリフロー半田付けによって結合されている。また、回路基板７１における回路７１ｂの配線部に入力電極７３及び出力電極７４が設けられている。
【００３６】
このように構成された制御器６にあっては、１つの回路基板７１に半導体素子６２及びコンデンサ７２が結合されているため、半導体素子６２が結合されている回路基板と、コンデンサが結合されている回路基板とを銅板製のバスバーによって接続されている既知の制御器に比べて制御器６の全体を小型にできるとともに、制御器６の組立て作業性を向上できる。
【００３７】
また、本発明に係るステアリング装置は、実施の形態１で説明した電動式パワーステアリング装置である他、操舵輪Ａに繋がる操舵軸を有する操舵手段が舵取機構に機械的に連結されていないステアバイワイヤ式のステアリング装置であってもよい。このステアバイワイヤ式のステアリング装置は、操舵手段を舵取機構から切り離して配し、舵取機構が有するラック軸等の舵取軸へ動力を伝動、又は、ラック軸のラック歯と噛合するピニオンへ動力を伝動する操舵アクチュエータとしてのモータを設け、操舵手段の操舵に応じて前記制御器がモータを駆動制御する構成となっている。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように第１発明によれば、操舵に基づいて制御器で急激に発熱した熱を蓄熱体で一旦蓄熱することができ、制御器での発熱が終わった後で、この蓄熱体が蓄熱した熱を、蓄熱体に接触する放熱体から外部へ放熱することができるため、モータの大型化に伴って制御器が大型になる場合においても、放熱体を大型にすることなく、制御器で発生した熱を放熱することができる。しかも、蓄熱体及び放熱体の位置関係とか、制御器及び蓄熱体と放熱体との位置関係とかを車種に応じて変えることができるため、モータの大型化に伴って制御器が大型になる場合においても、制御器をエンジンルーム内の適宜のスペースに搭載することができる。
【００３９】
第２発明によれば、モータ、制御器、蓄熱体及び放熱体をユニットにでき、モータとともに制御器、蓄熱体及び放熱体を搭載することができ、車両への搭載性を向上できる。
【００４０】
第３発明によれば、モータのハウジング周りの空間に制御器及び蓄熱体を配置することができ、しかも、前記ハウジングの軸長方向側の空間に放熱体を配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るステアリング装置の実施の形態１の構成を示す模式的斜視図である。
【図２】本発明に係るステアリング装置の要部の拡大斜視図である。
【図３】本発明に係るステアリング装置の一部を省略した拡大断面図である。
【図４】本発明に係るステアリング装置の実施の形態２の構成を示す要部の拡大斜視図である。
【図５】本発明に係るステアリング装置に用いられる制御器の他の構成を示す模式的断面図である。
【図６】図５で示す制御器の変形例を示す模式的断面図である。
【図７】本発明に係るステアリング装置に用いられる制御器のさらに他の例を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１　　操舵手段
２　　モータ
２１　ハウジング
４　　出力軸（伝動手段）
６　　制御器
７　　蓄熱体
８　　放熱体
８１ａ接触部

Claims (3)

1. モータと、該モータを操舵手段の操舵に応じて駆動制御する制御器と、前記モータの回転力を舵取機構に伝動する伝動手段とを備えたステアリング装置において、前記制御器で発生する熱を蓄熱する蓄熱体と、該蓄熱体に接触する接触部を有し、前記蓄熱体の熱を外部へ放熱する放熱体とを備えることを特徴とするステアリング装置。
2. 前記制御器は前記蓄熱体を介して前記モータに保持されている請求項１記載のステアリング装置。
3. 前記モータは筒形のハウジングを有しており、前記蓄熱体は前記ハウジングの周面に配置されており、前記放熱体は前記ハウジングの軸長方向一端部に配置されている請求項２記載のステアリング装置。

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